p Pesquisadores da Universidade de Illinois em Chicago descrevem uma nova técnica para medir com precisão a temperatura e o comportamento de novos materiais bidimensionais que permitirá aos engenheiros projetar microprocessadores menores e mais rápidos. Suas descobertas são relatadas no jornal Cartas de revisão física . p Materiais bidimensionais recentemente desenvolvidos, como o grafeno - que consiste em uma única camada de átomos de carbono - têm o potencial de substituir os chips de microprocessamento tradicionais baseados em silício, que atingiram o limite de quão pequenas podem ser. Mas os engenheiros têm sido impedidos pela incapacidade de medir como a temperatura afetará esses novos materiais, conhecidos coletivamente como dichalcogenetos de metais de transição, ou TMDs.

p Usando microscopia eletrônica de transmissão de varredura combinada com espectroscopia, pesquisadores da UIC foram capazes de medir a temperatura de vários materiais bidimensionais em nível atômico, abrindo caminho para microprocessadores muito menores e mais rápidos. Eles também foram capazes de usar sua técnica para medir como os materiais bidimensionais se expandiam quando aquecidos.

p "Os chips de microprocessamento em computadores e outros eletrônicos esquentam muito, e precisamos ser capazes de medir não apenas o quão quente eles podem ficar, mas quanto o material se expandirá quando aquecido, "disse Robert Klie, professor de física da UIC e autor correspondente do artigo. "Saber como um material se expandirá é importante porque se um material se expandir muito, conexões com outros materiais, como fios de metal, pode quebrar e o chip é inútil. "

p As formas tradicionais de medir a temperatura não funcionam em flocos minúsculos de materiais bidimensionais que seriam usados ​​em microprocessadores porque são muito pequenos. Medições ópticas de temperatura, que usam uma luz de laser refletida para medir a temperatura, não pode ser usado em chips TMD porque eles não têm área de superfície suficiente para acomodar o feixe de laser.

p "Precisamos entender como o calor se acumula e como é transmitido na interface entre dois materiais para construir microprocessadores eficientes que funcionem, "disse Klie.

p Klie e seus colegas criaram uma maneira de fazer medições de temperatura de TMDs em nível atômico usando microscopia eletrônica de transição de varredura, que usa um feixe de elétrons transmitido através de um espécime para formar uma imagem.

p "Usando esta técnica, podemos nos concentrar e medir a vibração dos átomos e elétrons, que é essencialmente a temperatura de um único átomo em um material bidimensional, "disse Klie. A temperatura é uma medida da energia cinética média dos movimentos aleatórios das partículas, ou átomos que constituem um material. Conforme o material fica mais quente, a frequência da vibração atômica aumenta. No zero absoluto, a temperatura teórica mais baixa, todo movimento atômico pára.

p Klie e seus colegas aqueceram "flocos" microscópicos de vários TMDs dentro da câmara de um microscópio eletrônico de transmissão de varredura a diferentes temperaturas e, em seguida, apontaram o feixe de elétrons do microscópio para o material. Usando uma técnica chamada espectroscopia de perda de energia de elétrons, eles foram capazes de medir o espalhamento de elétrons fora dos materiais bidimensionais causado pelo feixe de elétrons. Os padrões de espalhamento foram inseridos em um modelo de computador que os traduziu em medições das vibrações dos átomos no material - em outras palavras, a temperatura do material no nível atômico.

p "Com esta nova técnica, podemos medir a temperatura de um material com uma resolução quase 10 vezes melhor do que os métodos convencionais, "disse Klie." Com esta nova abordagem, podemos projetar melhores dispositivos eletrônicos que serão menos sujeitos a superaquecimento e consumirão menos energia. "

p A técnica também pode ser usada para prever quantos materiais irão expandir quando aquecidos e contrair quando resfriados, que ajudará os engenheiros a construir chips que são menos propensos a quebrar em pontos onde um material toca outro, como quando um chip de material bidimensional faz contato com um fio.

p "Nenhum outro método pode medir esse efeito na resolução espacial que relatamos, ", disse Klie." Isso permitirá que os engenheiros projetem dispositivos que podem gerenciar as mudanças de temperatura entre dois materiais diferentes no nível da nanoescala. "